JP2017120821A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】半導体装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】ソース・ドレイン用のn型半導体領域SDを形成した後、半導体基板SB上に、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSW1を覆うように、絶縁膜ZM1を形成する。それから、熱処理を行ってから、絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成し、絶縁膜ZM2上にレジストパターンRP1を形成する。それから、レジストパターンRP1をエッチングマスクとして用いて絶縁膜ZM2,ZM1をエッチングしてから、レジストパターンRP1を除去し、その後にウェット洗浄処理を行う。その後、サリサイドプロセスを用いて金属シリサイド層を形成する。
【選択図】図16

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、例えば、金属シリサイド層を有する半導体素子を備えた半導体装置の製造技術に適用して有効な技術に関する。
半導体装置の高集積化が進むにつれて、電界効果トランジスタ(MISFET:Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)はスケーリング則に従い微細化されるが、ゲートやソース・ドレインの抵抗が増大して電界効果トランジスタを微細化しても高速動作が得られないという問題が生ずる。そこで、ゲートを構成する導電膜およびソース・ドレインを構成する半導体領域の表面に自己整合により低抵抗の金属シリサイド層、例えばニッケルシリサイド層またはコバルトシリサイド層などを形成することにより、ゲートやソース・ドレインを低抵抗化するサリサイド技術が検討されている。
特開2007−013006号公報(特許文献1)および特開2010−056516号公報(特許文献2)には、シリサイドブロック膜に関する技術が記載されている。
特開2007−013006号公報 特開2010−056516号公報
金属シリサイド層を有する半導体素子を備えた半導体装置においても、できるだけ信頼性を向上させることが望まれる。
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
一実施の形態によれば、半導体装置の製造方法は、イオン注入法を用いて半導体基板にMISFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程と、その後に、前記半導体基板上に、前記MISFET用のゲート電極およびその側壁上の側壁絶縁膜を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程と、を有する。半導体装置の製造方法は、更に、前記第1絶縁膜を形成する工程の後に、第1の熱処理を行う工程と、その後に、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程と、その後に、前記第2絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程と、を有する。半導体装置の製造方法は、更に、前記レジストパターンを形成する工程の後に、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用いて前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜をエッチングする工程と、その後に、前記レジストパターンを除去する工程と、その後に、ウェット洗浄処理を行う工程と、を有する。半導体装置の製造方法は、更に、前記ウェット洗浄処理を行う工程の後に、前記半導体基板上に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、金属膜を形成する工程と、その後に、第2の熱処理を行って前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域とを反応させて、前記ソース・ドレイン領域上に金属シリサイド層を形成する工程と、を有する。
一実施の形態によれば、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
一実施の形態の半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 図1に続く半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 図2に続く半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 一実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図4に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図5に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図6に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図7に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図8に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図9に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図10に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図11に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図12に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図13に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図14に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図15に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図16に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図17に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図18に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図19に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図20に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図21に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図22に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図23に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 第1検討例の半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 第1検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図26に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図27に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図28に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図29に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図30に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図31に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図32に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 第2検討例の半導体装置の製造工程を示すプロセスフロー図である。 第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図35に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 絶縁膜の成膜後の熱処理を行った場合と行わなかった場合とで、ウェット洗浄における絶縁膜のエッチング量を比較したグラフである。 図19と同じ半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
また、実施の形態で用いる図面においては、断面図であっても図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。また、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。
(実施の形態1)
<半導体装置の構造について>
本発明の一実施の形態である半導体装置の製造工程を図面を参照して説明する。図1〜図3は、本実施の形態の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図である。なお、図1に示されるプロセスフローが行われてから、図2に示されるプロセスフローが行われ、その後、図3に示されるプロセスフローが行われる。図4〜図24は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。図4〜図24の断面図には、MISFET形成領域1Aおよび抵抗素子形成領域1Bの要部断面図が示されており、MISFET形成領域1AにMISFETが、抵抗素子形成領域1Bにポリシリコン抵抗素子が、それぞれ形成される様子が示されている。
ここで、MISFET形成領域1Aは、半導体基板SB(の主面)において、MISFETが形成される予定の領域である。また、抵抗素子形成領域1Bは、半導体基板SB(の主面)において、ポリシリコン抵抗素子が形成される予定の領域である。MISFET形成領域1Aと抵抗素子形成領域1Bとは、同じ半導体基板SBに存在している。すなわち、MISFET形成領域1Aと抵抗素子形成領域1Bとは、同一の半導体基板SBの主面の互いに異なる平面領域に対応している。なお、MISFET形成領域1Aと抵抗素子形成領域1Bとは、隣り合っていても、隣り合っていなくてもよいが、理解を簡単にするために、図4〜図24の断面図においては、MISFET形成領域1Aの隣に抵抗素子形成領域1Bを図示している。
また、本実施の形態においては、MISFET形成領域1Aにnチャネル型のMISFETを形成する場合について説明するが、導電型を逆にしてpチャネル型のMISFETをMISFET形成領域1Aに形成することもでき、また、MISFET形成領域1Aにnチャネル型のMISFETとpチャネル型のMISFETの両方を形成することもできる。
以下、本実施の形態の半導体装置の製造工程を図1〜図24を参照して説明する。
まず、図4に示されるように、例えば1〜10Ωcm程度の比抵抗を有するp型の単結晶シリコンなどからなる半導体基板(半導体ウエハ)SBを準備(用意)する(図1のステップS1)。それから、半導体基板SBの主面に素子分離領域STを形成する(図1のステップS2)。素子分離領域STは酸化シリコンなどの絶縁体からなり、例えばSTI(Shallow Trench Isolation)法を用いて形成することができる。
すなわち、エッチングなどにより半導体基板SBの主面に素子分離用の溝を形成してから、酸化シリコンなどからなる絶縁膜を素子分離用の溝を埋めるように半導体基板SB上に形成する。それから、この絶縁膜をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法などを用いて研磨することで、素子分離用の溝の外部の不要な絶縁膜を除去し、かつ素子分離用の溝内に絶縁膜を残すことにより、素子分離用の溝を埋める絶縁膜(絶縁体)からなる素子分離領域STを形成することができる。
素子分離領域STによって、半導体基板SBの活性領域が規定される。MISFET形成領域1Aにおける素子分離領域STで規定された活性領域に、後述するようにしてMISFETが形成される。抵抗素子形成領域1Bでは、全体にわたって素子分離領域STが形成される。
次に、図5に示されるように、半導体基板SBの主面から所定の深さにわたってp型ウエル(p型半導体領域)PWを形成する(図1のステップS3)。p型ウエルPWは、半導体基板SBに、例えばホウ素(B)などのp型の不純物をイオン注入することなどによって形成することができる。p型ウエルPWはMISFET形成領域1Aに形成される。
次に、例えばフッ酸(HF)水溶液を用いたウェットエッチングなどにより半導体基板SBの表面を清浄化(洗浄)した後、半導体基板SBの表面(MISFET形成領域1Aのp型ウエルPWの表面)に、酸化シリコン膜などからなる絶縁膜(ゲート絶縁膜)GIを形成する(図1のステップS4)。MISFET形成領域1Aに形成された絶縁膜GIは、MISFET形成領域1Aに形成されるMISFETのゲート絶縁膜用の絶縁膜であり、例えば熱酸化法などを用いて形成することができる。
次に、図6に示されるように、半導体基板SBの主面の全面上に、導電膜として、例えば多結晶シリコン膜(ドープトポリシリコン膜)のようなシリコン膜PSを形成(堆積)する(図1のステップS5)。シリコン膜PSは、絶縁膜GI上および素子分離領域ST上に形成される。このシリコン膜PSは、成膜時または成膜後に不純物を導入して低抵抗率の半導体膜(導電性材料膜)とされている。また、シリコン膜PSは、成膜時にはアモルファスシリコン膜であったものを、成膜後の熱処理により多結晶シリコン膜に変えることもできる。
次に、シリコン膜PSをフォトリソグラフィ法およびドライエッチング法を用いてパターニングすることにより、図7に示されるように、ゲート電極GEと抵抗素子用のシリコンパターン(シリコン膜パターン、多結晶シリコン膜パターン、導電パターン)SPTとを形成する(図1のステップS6)。ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTは、それぞれ、パターニングされたシリコン膜PSからなる。
このうち、ゲート電極GEは、MISFET形成領域1Aにおいて、p型ウエルPW上に絶縁膜GIを介して形成される。すなわち、ゲート電極GEは、MISFET形成領域1Aにおいて、p型ウエルPWの表面の絶縁膜GI上に形成される。また、シリコンパターンSPTは、抵抗素子形成領域1Bにおいて、素子分離領域ST上に形成される。
シリコンパターンSPTは、抵抗体として機能する導電体パターン(導体パターン、導電体膜パターン)であり、シリコンパターンSPTにより、抵抗素子(ポリシリコン抵抗素子)が形成される。すなわち、シリコンパターンSPTは、抵抗素子(ポリシリコン抵抗素子)用のシリコンパターンである。シリコンパターンSPTは、不純物が導入されることで抵抗率が調整されている。
次に、図8に示されるように、ゲート電極GEをマスク(イオン注入阻止マスク)として用いてMISFET形成領域1Aのp型ウエルPWにリン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入することにより、p型ウエルPWにおいて、ゲート電極GEの両側にn型半導体領域(エクステンション領域)EXを形成する(図1のステップS7)。すなわち、n型半導体領域EXは、イオン注入法を用いて形成される。ステップS7のイオン注入の際に、ゲート電極GEはイオン注入阻止マスクとして機能することができるため、p型ウエルPWにおけるゲート電極GEの直下の領域には、不純物はイオン注入されず、n型半導体領域EXは、ゲート電極GEの側壁に自己整合して形成される。
次に、ゲート電極GEの側壁上に、側壁絶縁膜(絶縁膜)として、例えば酸化シリコンまたは窒化シリコンあるいはそれら絶縁膜の積層膜などからなるサイドウォールスペーサ(側壁スペーサ、側壁絶縁膜)SWを形成する(図1のステップS8)。サイドウォールスペーサSWは、ゲート電極GEの側壁上だけでなく、シリコンパターンSPTの側壁上にも形成され得る。
サイドウォールスペーサSWは、例えば、次のようにして形成することができる。すなわち、まず、図9に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTを覆うように、酸化シリコン膜または窒化シリコン膜あるいはそれらの積層膜などからなる絶縁膜SWZを形成する。それから、この絶縁膜SWZをRIE(Reactive Ion Etching)法などにより異方性エッチングする。この異方性エッチングにより、サイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜SWZのうち、サイドウォールスペーサSWとなる部分以外が除去され、図10に示されるように、ゲート電極GEの側壁上と、シリコンパターンSPTの側壁上とに、このサイドウォールスペーサSW形成用の絶縁膜SWZが選択的に残存してサイドウォールスペーサSWが形成される。
なお、ゲート電極GEの側壁上に形成されたサイドウォールスペーサSWを、符号SW1を付してサイドウォールスペーサSW1と称し、シリコンパターンSPTの側壁上に形成されたサイドウォールスペーサSWを、符号SW2を付してサイドウォールスペーサSW2と称することとする。
次に、図11に示されるように、イオン注入により、p型ウエルPWにおいて、ゲート電極GEおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSW1からなる構造体の両側に、n型半導体領域(ソース・ドレイン領域)SDを形成する(図1のステップS9)。すなわち、n型半導体領域SDは、イオン注入法を用いて形成される。
ステップS9のイオン注入は、ゲート電極GEおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSW1をマスク(イオン注入阻止マスク)として用いて、MISFET形成領域1Aのp型ウエルPWにリン(P)またはヒ素(As)などのn型不純物をイオン注入することにより、行われる。このステップS9のイオン注入の際には、ゲート電極GEおよびその側壁上のサイドウォールスペーサSW1はイオン注入阻止マスクとして機能することができるため、p型ウエルPWにおけるゲート電極GEの直下の領域とそのゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の直下の領域とには、不純物はイオン注入されない。このため、n型半導体領域SDは、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の側面(ゲート電極GEに接している側とは反対側の側面)に自己整合して形成される。
型半導体領域SDは、n型半導体領域EXよりも接合深さが深くかつ不純物濃度(n型不純物濃度)が高い。上述のように、n型半導体領域EXは、ゲート電極GEの側壁に対して自己整合的に形成され、n型半導体領域SDは、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の側面に対して自己整合的に形成される。このため、低不純物濃度のn型半導体領域EXは、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の下方に形成され、高不純物濃度のn型半導体領域SDは、低濃度のn型半導体領域EXの外側に形成される。従って、低不純物濃度のn型半導体領域EXは、チャネル領域に隣接するように形成され、高不純物濃度のn型半導体領域SDは、低不純物濃度のn型半導体領域EXに隣接し、チャネル領域からn型半導体領域EXの分だけ離間するように形成される。なお、MISFETのチャネル領域は、ゲート電極GE下の絶縁膜GIの下に形成される。
型半導体領域SDは、n型半導体領域EXよりも不純物濃度が高く、nチャネル型MISFETのソースまたはドレインとして機能するn型の半導体領域(不純物拡散層)が、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDにより形成される。従って、nチャネル型MISFETのソース・ドレイン領域(ソースまたはドレイン用の半導体領域)は、LDD(Lightly doped Drain)構造を有している。
このようにして、MISFET形成領域1A(p型ウエルPW)に、電界効果トランジスタとしてnチャネル型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が形成される。nチャネル型MISFETは、nチャネル型の電界効果トランジスタとみなすことができる。また、n型半導体領域SDは、nチャネル型MISFETのソースまたはドレイン用の半導体領域(ソース・ドレイン領域)とみなすことができる。ゲート電極GEは、nチャネル型MISFETのゲート電極である。
また、図11の場合は、MISFET形成領域1Aにおいて、ソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD)を共有してゲート長方向にMISFET(のゲート電極GE)が隣り合っている場合が、図示されている。
次に、図12に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTとそれらの側壁上のサイドウォールスペーサSW1,SW2とを覆うように、シリサイドブロック用の絶縁膜(シリサイドブロック膜)ZM1を形成する(図2のステップS10)。この絶縁膜ZM1は、金属シリサイド層SLを必要としない領域にサリサイドプロセスで金属シリサイド層SLが形成されないようにするために、形成される。
次に、図13に示されるように、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施す(図2のステップS11)。このステップS11の熱処理は、不活性ガス(例えばアルゴン(Ar)ガス、ネオン(Ne)ガスまたはヘリウム(He)ガス)または窒素(N)ガスあるいはそれらの混合ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことができ、例えばRTA(Rapid Thermal Anneal)法を用いて行なうことができる。これまでに導入された不純物が、ステップS11の熱処理により、活性化される。具体的には、ゲート電極GE、シリコンパターンSPT、n型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDに導入された不純物を、ステップS11の熱処理によって活性化することができる。このため、ステップS11の熱処理は、活性化アニール(活性化アニール処理)とみなすこともできる。また、ステップS7のイオン注入やステップS9のイオン注入を行うと、そのイオン注入で不純物が注入された基板領域(具体的にはn型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDが形成された領域)の一部がアモルファス化する場合もあるが、ステップS11の熱処理を行うことで、そのアモルファス化されていた基板領域を再結晶化させることができる。ステップS11の熱処理は、比較的高温の熱処理であり、ステップS11の熱処理温度(第1の熱処理温度)としては、900℃以上が好ましく、例えば900〜1050℃程度を好適に適用することができる。
次に、図14に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、すなわち絶縁膜ZM1上に、絶縁膜ZM2を形成する(図2のステップS12)。
次に、図15に示されるように、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施す(図2のステップS13)。このステップS13の熱処理の熱処理温度は、ステップS11の熱処理の熱処理温度よりも低い。ステップS13の熱処理温度としては、例えば700〜800℃を適用することができる。ステップS13の熱処理は、不活性ガス(例えばアルゴン(Ar)ガス、ネオン(Ne)ガスまたはヘリウム(He)ガス)または窒素(N)ガスあるいはそれらの混合ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことができる。ステップS13の熱処理の熱処理時間は、ステップS11の熱処理の熱処理時間より長くてもよい。詳細は後述するが、ステップS13の熱処理は、省略することもできる。
次に、図16に示されるように、フォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁膜ZM2上にマスク層としてレジストパターン(フォトレジストパターン)RP1を形成する(図2のステップS14)。なお、フォトリソグラフィ技術は、半導体基板の主面全面上にレジスト膜(フォトレジスト膜)を塗布法などにより形成してから、そのレジスト膜を露光・現像してパターニングすることにより、所望のレジストパターン(フォトレジストパターン)を得る技術である。
レジストパターンRP1は、サリサイドプロセスで金属シリサイド層SLが形成されるのを防止する領域に形成される。すなわち、レジストパターンRP1は、後述の金属シリサイド層SLを形成すべき領域を露出し、後述の金属シリサイド層SLを形成すべきでない領域を覆うように、形成される。サリサイドプロセスで金属シリサイド層SLが形成されるのを防止する領域は、例えば、シリコンパターンSPTのうち、金属シリサイド層SLを形成しない領域である。このため、ゲート電極GEおよびn型半導体領域SD上には、後で金属シリサイド層SLが形成されるので、ゲート電極GE上と、ゲート電極GEの側壁上に設けられたサイドウォールスペーサSW1上と、n型半導体領域SD(ソース・ドレイン領域)上とには、レジストパターンRP1は形成(配置)されない。従って、レジストパターンRP1は、MISFET形成領域1Aには形成されず、抵抗素子形成領域1Bの一部に形成される。
次に、図17に示されるように、レジストパターンRP1をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜ZM2および絶縁膜ZM1をエッチングする(図2のステップS15)。
ステップS15のエッチングとしては、ドライエッチングを好適に用いることができる。また、ステップS15のドライエッチングが異方性のドライエッチングであれば、絶縁膜ZM2,ZM1のサイドエッチングを抑制し、レジストパターンRP1の下にレジストパターンRP1とほぼ同じ平面形状の絶縁膜ZM1,ZM2を残存させることができ、絶縁膜ZM1,ZM2を設計通りの位置に的確に残存させることができるようになるため、より好ましい。
ステップS15のエッチングにより、レジストパターンRP1で覆われずに露出する部分の絶縁膜ZM2,ZM1(すなわちレジストパターンRP1の直下に位置しない部分の絶縁膜ZM2,ZM1)は、エッチングされて除去される。一方、レジストパターンRP1で覆われた部分の絶縁膜ZM2,ZM1(すなわちレジストパターンRP1の直下に位置する部分の絶縁膜ZM2,ZM1)は、ステップS15でエッチングされずに、残存する。
ゲート電極GEおよびn型半導体領域SDの上方には、上記レジストパターンRP1は形成されない。このため、ステップS15のエッチング工程を行うと、ゲート電極GE上とn型半導体領域SD上の絶縁膜ZM2,ZM1はエッチングされて除去されるため、ゲート電極GEの上面とn型半導体領域SDの上面とは、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われずに露出された状態になる。また、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成する領域の上方には、上記レジストパターンRP1は形成されない。このため、ステップS15のエッチング工程を行うと、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成する領域上の絶縁膜ZM2,ZM1はエッチングされて除去されるため、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成する領域の上面は、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われずに露出された状態になる。それに対して、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成しない領域の上方には、上記レジストパターンRP1が形成される。このため、ステップS15のエッチング工程を行うと、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成しない領域上の絶縁膜ZM2,ZM1はエッチングされずに残存するため、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SLを形成しない領域の上面は、露出されずに、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われた状態を維持する。
次に、図18に示されるように、レジストパターンRP1は、アッシングなどを用いて除去する(図2のステップS16)。
次に、洗浄処理(ウェット洗浄処理)を行う(図2のステップS17)。図19には、ステップS17の洗浄処理を行った後の状態が示されている。このステップS17の洗浄処理は、薬液(洗浄液)を使用した洗浄処理、すなわち、ウェット洗浄処理である。ステップS17の洗浄処理で用いる薬液は、エッチング作用を有する薬液を用いるため、ステップS17の洗浄処理は、ウェットエッチング処理とみなすこともできる。
ステップS17の洗浄処理で使用する薬液(洗浄液)は、絶縁膜ZM1,ZM2の材料にもよるが、絶縁膜ZM1,ZM2が酸化シリコンからなる場合は、例えばフッ酸(希フッ酸、希釈フッ酸、フッ酸の水溶液)などを用いることができる。
型半導体領域SDとゲート電極GEとその側壁上のサイドウォールスペーサSW1との上方には、上記レジストパターンRP1が形成されていない状態で、上記ステップS15のエッチング工程が行われる。このため、ステップS15のエッチング工程を行うと、n型半導体領域SD上と、ゲート電極GE上と、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1上では、絶縁膜ZM2,ZM1がエッチングされて除去される。このため、ステップS15のエッチング工程を行うと、n型半導体領域SDの表面と、ゲート電極GEの表面と、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の表面とは、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われずに露出された状態になる。
しかしながら、ステップS15のエッチングを終了した段階で、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の側面下部(ゲート電極GEに接している側とは反対側の側面の下部)に隣接する位置に、絶縁膜ZM1,ZM2の残渣部(残存部)ZSが残存する場合がある。なお、その場合は、シリコンパターンSPTの側壁上のサイドウォールスペーサSW2の側面下部に隣接する位置にも、絶縁膜ZM1,ZM2の残渣部ZSが残存し得る。この残渣部ZSは、絶縁膜ZM1の一部からなるか、あるいは、絶縁膜ZM1の一部と絶縁膜ZM2の一部とからなる。この残渣部ZSが残存した状態で、後述の金属膜ME形成工程を行ってしまうと、この残渣部ZSで覆われている部分のn型半導体領域SDの表面には、後述の金属シリサイド層SLは形成されなくなってしまう。このため、この残渣部ZSは、除去する必要がある。本実施の形態では、ステップS17の洗浄工程を行っているため、ステップS15のエッチング工程で残渣部ZSが発生したとしても、この残渣部ZSを、ステップS17の洗浄処理でエッチングして除去することができる。このため、残渣部ZSに起因して、後述の金属シリサイド層SLの形成不良が発生するのを、抑制または防止することができる。
また、ステップS16でレジストパターンRP1を除去するが、レジストパターンRP1を完全に除去できずに、レジストパターンRP1の残渣が残存する場合もあり得る。レジストパターンRP1の残渣が残存した状態で、後述の金属膜ME形成工程を行ってしまうと、後述の金属シリサイド層SLを形成すべき領域であっても、このレジストパターンRP1の残渣で覆われている部分では、後述の金属シリサイド層SLは形成されなくなってしまう。このため、レジストパターンRP1の残渣は、除去することが望ましい。本実施の形態では、ステップS17の洗浄工程を行っているため、ステップS16のレジストパターンRP1の除去工程でレジストパターンRP1の残渣が発生したとしても、このレジストパターンRP1の残渣を、ステップS17の洗浄処理でエッチングして除去することができる。このため、レジストパターンRP1の残渣に起因して、後述の金属シリサイド層SLの形成不良が発生するのを、抑制または防止することができる。
また、ステップS17の洗浄処理を行うことにより、後述の金属シリサイド層SLを形成すべき面(ここではn型半導体領域SDの表面とゲート電極GEの表面とシリコンパターンSPTのうちの絶縁膜ZM1で覆われていない部分の表面)を清浄化して、的確に露出させることができる。例えば、n型半導体領域SD、ゲート電極GE、あるいはシリコンパターンSPTの表面に、意図しない自然酸化膜などが形成されていたとしても、ステップS17の洗浄処理を行うことにより、その自然酸化膜を除去して、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの表面を露出させることができる。但し、金属シリサイド層SLを形成しない部分のシリコンパターンSPTの表面は、絶縁膜ZM1で覆われている。後述の金属シリサイド層SLを形成すべき面を的確に露出させた状態で、後述の金属膜ME形成工程を行うことで、後述の金属シリサイド層SLを所定の領域に的確に形成することができる。
次に、図20に示されるように、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPT上を含む半導体基板SBの主面(主面全面)上に、金属膜MEを形成する(図2のステップS18)。すなわち、ステップS18では、n型半導体領域SD上を含む半導体基板SB上に、ゲート電極GE、シリコンパターンSPTおよびサイドウォールスペーサSW1,SW2を覆うように、金属膜MEが形成される。金属膜MEは、コバルト(Co)膜またはニッケル(Ni)膜などからなり、例えばスパッタリング法を用いて形成することができる。金属膜MEとして、合金膜(例えばニッケル−白金合金膜)を用いることもできる。
ステップS18では、n型半導体領域SDの上面と、ゲート電極GEの上面と、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われない部分のシリコンパターンSPTの上面とが露出した状態で、金属膜MEを形成する。このため、ステップS18で金属膜MEを形成すると、n型半導体領域SDの上面と、ゲート電極GEの上面と、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われない部分のシリコンパターンSPTの上面とは、金属膜MEと接した状態になる。
次に、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施す(図2のステップS19)。ステップS19の熱処理は、不活性ガス(例えばアルゴン(Ar)ガス、ネオン(Ne)ガスまたはヘリウム(He)ガス)または窒素(N)ガスあるいはそれらの混合ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことができ、例えばRTA法を用いて行なうことができる。
ステップS19の熱処理により、図21に示されるように、n型半導体領域SDを構成する単結晶シリコンと金属膜ME、ゲート電極GEを構成する多結晶シリコンと金属膜ME、および、シリコンパターンSPTを構成する多結晶シリコンと金属膜MEを選択的に反応させて、金属・半導体反応層である金属シリサイド層(金属シリサイド膜)SLを形成する。n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上部(上層部)と金属膜MEとが反応することにより金属シリサイド層SLが形成されるので、金属シリサイド層SLは、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各表面(上層部)に形成される。
次に、ウェット洗浄処理(ウェットエッチング処理)を行うことにより、未反応の金属膜ME(すなわちステップS19の熱処理工程にてn型半導体領域SD、ゲート電極GEまたはシリコンパターンSPTと反応しなかった部分の金属膜ME)を除去する(図2のステップS20)。この際、未反応の金属膜MEが金属シリサイド層SL上から除去されるが、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの表面上に金属シリサイド層SLを残存させる。このため、ステップS20のウェット洗浄処理では、未反応の金属膜MEを選択的に除去でき、金属膜MEに比べて金属シリサイド層SLのエッチング速度が遅くなるような薬液を使用する。金属膜MEの材料にもよるが、ステップS20のウェット洗浄処理は、例えば、硫酸を用いたウェット洗浄、または硫酸と過酸化水素水とを用いたウェット洗浄などにより行うことができる。図21には、ステップS20のウェット洗浄処理によって、未反応の金属膜MEを除去した段階が示されている。
また、未反応の金属膜MEをステップS20で除去した後、必要に応じて、更に、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施すことにより、金属シリサイド層SLを、その下のn型半導体領域SD、ゲート電極GEまたはシリコンパターンSPTと更に反応させることもできる。ステップS20の後に行うこの熱処理は、不活性ガス(例えばアルゴン(Ar)ガス、ネオン(Ne)ガスまたはヘリウム(He)ガス)または窒素(N)ガスあるいはそれらの混合ガス雰囲気で満たされた常圧下で行うことができ、例えばRTA法を用いて行なうことができる。また、ステップS20の後に行うこの熱処理は、上記ステップS19の熱処理の熱処理温度よりも高い熱処理温度で行うことができる。
このようにして、サリサイド(Salicide:Self Aligned Silicide)プロセスを用いて、金属シリサイド層SLが形成される。
金属膜MEがコバルト(Co)膜であった場合は、金属シリサイド層SLはコバルトシリサイド層であり、また、金属膜MEがニッケル(Ni)膜であった場合は、金属シリサイド層SLはニッケルシリサイド層である。また、金属膜MEがニッケル−白金(Ni−Pt)合金膜であった場合は、金属シリサイド層SLは、ニッケル白金シリサイド層(白金が添加されたニッケルシリサイド層)である。
ここで、ステップS18では、n型半導体領域SDの上面全体とゲート電極GEの上面全体とが露出された状態で金属膜MEが形成される。このため、n型半導体領域SDの上面全体と、ゲート電極GEの上面全体とに、金属シリサイド層SLが形成される。一方、シリコンパターンSPTの上面が、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われた部分と、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われずに露出された部分とを有した状態で、ステップS18で金属膜MEが形成される。このため、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われていない部分には、金属シリサイド層SLが形成されるが、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われている部分には、金属シリサイド層SLは形成されない。すなわち、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われていない部分は、金属膜MEに接するため、ステップS19の熱処理を行うと金属シリサイド層SLが形成される。しかしながら、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM1,ZM2で覆われている部分は、金属膜MEを形成しても、その金属膜MEには接触せず、金属膜MEとの間に絶縁膜ZM1,ZM2が介在するため、金属シリサイド層SLは形成されない。このため、シリコンパターンSPTの上面においては、全体ではなく一部にのみ、金属シリサイド層SLを形成することができる。
型半導体領域SDおよびゲート電極GEの表面(上面)と、シリコンパターンSPTの表面(上面)の一部(後述するプラグPGの底部が接続する領域)とに、金属シリサイド層SLを形成することにより、拡散抵抗やコンタクト抵抗を低抵抗化し、また、シリコンパターンSPTの抵抗素子領域を規定することができる。例えば、シリコンパターンSPTの両端の上面に金属シリサイド層SLを局所的に形成した場合は、その両端の金属シリサイド層SLの間の、金属シリサイド層SLが形成されていない領域のシリコンパターンSPTが、抵抗素子領域として機能することができる。すなわち、シリコンパターンSPTの上面においては、後述のプラグPGと接続する領域には、金属シリサイド層SLを形成するが、それ以外の領域は絶縁膜ZM1,ZM2で覆うことで金属シリサイド層SLが形成されないようにして、シリコンパターンSPTを抵抗素子(ポリシリコン抵抗素子)として的確に機能させることができる。
次に、図22に示されるように、半導体基板SBの主面(主面全面)上に、ゲート電極GE、シリコンパターンSPTおよびサイドウォールスペーサSW(SW1,SW2)を覆うように、層間絶縁膜IL1を形成する(図3のステップS21)。層間絶縁膜IL1は、例えば、酸化シリコン膜の単体膜、あるいは、窒化シリコン膜と該窒化シリコン膜上の酸化シリコン膜との積層膜などからなる。層間絶縁膜IL1は、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition:化学的気相成長)法などを用いて形成することができる。層間絶縁膜IL1の成膜後、必要に応じて層間絶縁膜IL1の上面をCMP(Chemical Mechanical Polishing:化学的機械的研磨)法により研磨するなどして、層間絶縁膜IL1の上面を平坦化することもできる。
次に、層間絶縁膜IL1上にフォトリソグラフィ法を用いてフォトレジストパターン(図示せず)を形成し、このフォトレジストパターンをエッチングマスクとして層間絶縁膜IL1をエッチングすることにより、図23に示されるように、層間絶縁膜IL1にコンタクトホールCTを形成する(図3のステップS22)。コンタクトホールCTは、n型半導体領域SD上とゲート電極GE上とシリコンパターンSPT上とに形成される。なお、n型半導体領域SD上に形成されたコンタクトホールCTと、シリコンパターンSPT上に形成されたコンタクトホールCTとは、図23に示されているが、ゲート電極GE上に形成されたコンタクトホールCTは、図23の断面には、示されていない。n型半導体領域SD上に形成されたコンタクトホールCTの底部では、n型半導体領域SDの表面に形成された金属シリサイド層SLが露出され、また、ゲート電極GE上に形成されたコンタクトホールCTの底部では、ゲート電極GEの表面に形成された金属シリサイド層SLが露出される。また、シリコンパターンSPT上に形成されたコンタクトホールCTの底部では、シリコンパターンSPTの表面に形成された金属シリサイド層SLが露出される。
次に、コンタクトホールCT内に、接続用の導電体部として、タングステン(W)などからなる導電性のプラグPGを形成する(図3のステップS23)。
プラグPGを形成するには、例えば、コンタクトホールCTの底部および側壁上を含む層間絶縁膜IL1上に、バリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、チタン膜、窒化チタン膜、あるいはそれらの積層膜からなる。それから、このバリア導体膜上にタングステン膜などからなる主導体膜をコンタクトホールCTを埋めるように形成してから、層間絶縁膜IL1上の不要な主導体膜およびバリア導体膜をCMP法またはエッチバック法などによって除去することにより、プラグPGを形成することができる。なお、図面の簡略化のために、図23では、プラグPGを構成するバリア導体膜および主導体膜を一体化して示してある。
型半導体領域SD上に形成されたコンタクトホールCTに埋め込まれたプラグPGは、その底部が、n型半導体領域SDの表面に形成された金属シリサイド層SLと接して電気的に接続される。また、ゲート電極GE上に形成されたコンタクトホールCTに埋め込まれたプラグPG(ここでは図示されない)は、その底部が、ゲート電極GEの表面に形成された金属シリサイド層SLと接して電気的に接続される。また、シリコンパターンSPT上に形成されたコンタクトホールCTに埋め込まれたプラグPGは、その底部が、シリコンパターンSPTの表面に形成された金属シリサイド層SLと接して電気的に接続される。
次に、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に第1層目の配線である配線M1を形成する(図3のステップS24)。
まず、図24に示されるように、プラグPGが埋め込まれた層間絶縁膜IL1上に、絶縁膜IL2を形成する。絶縁膜IL2は、複数の絶縁膜の積層膜で形成することもできる。それから、フォトレジストパターン(図示せず)をエッチングマスクとしたドライエッチングによって絶縁膜IL2の所定の領域に配線溝を形成した後、配線溝の底部および側壁上を含む絶縁膜IL2上にバリア導体膜を形成する。このバリア導体膜は、例えば、窒化チタン膜、タンタル膜または窒化タンタル膜などからなる。それから、CVD法またはスパッタリング法などによりバリア導体膜上に銅のシード層を形成し、さらに電解めっき法などを用いてシード層上に銅めっき膜を形成して、銅めっき膜により配線溝の内部を埋め込む。それから、配線溝以外の領域の主導体膜(銅めっき膜およびシード層)とバリア導体膜をCMP法により除去して、配線溝に埋め込まれた銅を主導電材料とする第1層目の配線M1を形成する。図24では、図面の簡略化のために、配線M1は、バリア導体膜、シード層および銅めっき膜を一体化して示してある。
その後、デュアルダマシン法などにより2層目以降の配線を形成するが、ここでは図示およびその説明は省略する。また、配線M1およびそれよりも上層の配線は、ダマシン配線に限定されず、配線用の導電体膜をパターニングして形成することもでき、例えばタングステン配線またはアルミニウム配線などとすることもできる。
以上のようにして、本実施の形態の半導体装置が製造される。
<検討例について>
本発明者が検討した第1検討例について、図25〜図33を参照して説明する。図25は、第1検討例の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図であり、図26〜図33は、第1検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成するまでは、第1検討例の半導体装置の製造工程も、上述した本実施の形態の半導体装置の製造工程とほぼ同様である。このため、ここでは、上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成した後の工程について、説明する。
第1検討例においては、上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成した後、図26に示されるように、不純物の活性化のための熱処理(活性化アニール)を半導体基板SBに施す(図25のステップS101)。これまでに導入された不純物が、ステップS101の熱処理により、活性化される。
次に、図27に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTとそれらの側壁上のサイドウォールスペーサSW1,SW2とを覆うように、シリサイドブロック用の絶縁膜(シリサイドブロック膜)ZM101を形成する(図25のステップS102)。
次に、図28に示されるように、フォトリソグラフィ技術を用いて、絶縁膜ZM101上にレジストパターン(フォトレジストパターン)RP101を形成する(図25のステップS103)。レジストパターンRP101は、上記レジストパターンRP1と同様の平面形状を有している。
次に、図29に示されるように、レジストパターンRP101をエッチングマスクとして用いて、絶縁膜ZM101をエッチングする(図25のステップS104)。
ステップS104のエッチングにより、レジストパターンRP101で覆われずに露出する部分の絶縁膜ZM101は、エッチングされて除去され、一方、レジストパターンRP101で覆われた部分の絶縁膜ZM101は、ステップS104でエッチングされずに、残存する。
ステップS104のエッチング工程を行うと、ゲート電極GEの上面とn型半導体領域SDの上面とは、絶縁膜ZM101で覆われずに露出された状態になる。また、ステップS104のエッチング工程を行うと、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SL101を形成する領域の上面は、絶縁膜ZM101で覆われずに露出された状態になる。一方、シリコンパターンSPTのうちの金属シリサイド層SL101を形成しない領域の上面は、ステップS104のエッチング工程を行っても、露出されずに、絶縁膜ZM101で覆われた状態を維持する。
次に、図30に示されるように、レジストパターンRP101を、アッシングなどを用いて除去する(図25のステップS105)。
次に、ウェット洗浄処理を行う(図25のステップS106)。図31には、ステップS106の洗浄処理を行った後の状態が示されている。
次に、図32に示されるように、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPT上を含む半導体基板SBの主面全面上に、金属膜ME101を形成する(図25のステップS107)。金属膜ME101は、上記金属膜MEと同様の材料からなる。
次に、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施す(図25のステップS108)。このステップS108の熱処理により、図33に示されるように、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上部(上層部)と金属膜ME101とが反応することにより金属シリサイド層SL101が形成される。
次に、ウェット洗浄処理(ウェットエッチング処理)を行うことにより、未反応の金属膜ME101(すなわちステップS108の熱処理工程にてn型半導体領域SD、ゲート電極GEまたはシリコンパターンSPTと反応しなかった部分の金属膜ME101)を除去する(図25のステップS109)。図33には、ステップS109のウェット洗浄処理によって、未反応の金属膜ME101を除去した段階が示されている。未反応の金属膜ME101をステップS109で除去した後、必要に応じて、更に、半導体基板SBに熱処理(アニール処理)を施すことにより、金属シリサイド層SL101を、その下のn型半導体領域SD、ゲート電極GEまたはシリコンパターンSPTと更に反応させることもできる。
このようにして、金属シリサイド層SL101が形成される。金属シリサイド層SL101は、n型半導体領域SDの上面全体と、ゲート電極GEの上面全体とに、形成される。また、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM101で覆われていない部分には、金属シリサイド層SL101が形成されるが、シリコンパターンSPTの上面のうち、絶縁膜ZM101で覆われている部分には、金属シリサイド層SL101は形成されない。
その後、上記ステップS21と同様にして上記層間絶縁膜IL1に相当するものを形成し、上記ステップS22と同様にして上記コンタクトホールCTに相当するものを形成し、上記ステップS23と同様にして上記プラグPGに相当するものを形成し、上記ステップS24と同様にして上記絶縁膜IL2および配線M1に相当するものを形成するが、ここではその図示は省略する。
第1検討例の製造工程では、ステップS102でシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM101)を形成する前に、ステップS101で不純物の活性化用の熱処理を行っている。このため、ステップS101の熱処理を行う段階では、絶縁膜ZM101は形成されておらず、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上面は、露出されている。
このため、第1検討例の場合、ステップS101の熱処理を行うと、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物が、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各露出表面から外気中に抜けて(放出されて)しまう虞がある。このため、ステップS101の熱処理を行うと、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度(不純物量)が、低下してしまう虞がある。そして、ステップS101の熱処理を行ったときに、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物が、露出表面から外気中に抜けてしまう量は、制御するのが難しい。
このため、イオン注入工程での注入条件を正確に制御して、ステップS101の熱処理前の段階でのn型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度を所望の値に制御できたとしても、ステップS101の熱処理後のn型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度は、ばらついてしまう。これは、製造された半導体装置において、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度がばらつくことにつながるため、半導体装置の電気的特性のばらつきを招いてしまう。これは、半導体装置の信頼性の低下につながるため、防止することが望ましい。
次に、本発明者が検討した第2検討例について、図34〜図36を参照して説明する。図34は、第2検討例の半導体装置の製造工程の一部を示すプロセスフロー図であり、図35および図36は、第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図である。
第2検討例の半導体装置の製造工程は、上記第1検討例の製造工程において、ステップS101の熱処理工程とステップS102の絶縁膜ZM101形成工程との順番を入れ替えた場合に対応している。以下、第2検討例の半導体装置の製造工程について、具体的に説明する。
上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成するまでは、第2検討例の半導体装置の製造工程も、上述した本実施の形態の半導体装置の製造工程とほぼ同様である。このため、ここでは、上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成した後の工程について、説明する。
第2検討例においては、上記ステップS9でイオン注入によりn型半導体領域SDを形成した後、図35に示されるように、半導体基板SBの主面全面上に、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTとそれらの側壁上のサイドウォールスペーサSW1,SW2とを覆うように、シリサイドブロック用の絶縁膜(シリサイドブロック膜)ZM101を形成する(図34のステップS102)。
次に、図36に示されるように、不純物の活性化のための熱処理(活性化アニール)を半導体基板SBに施す(図34のステップS101)。これまでに導入された不純物が、ステップS101の熱処理により、活性化される。
以降の工程は、第2検討例の場合も、上記第1検討例の場合と同様である。
簡単に説明すると、第2検討例の場合も、上記第1検討例の場合と同様に、上記図28に示されるように、ステップS103で絶縁膜ZM101上にレジストパターンRP101を形成し、上記図29に示されるように、ステップS104でレジストパターンRP101をエッチングマスクとして用いて絶縁膜ZM101をエッチングする。それから、上記図30に示されるように、ステップS105でレジストパターンRP101を除去し、上記図31に示されるように、ステップS106でウェット洗浄処理を行い、上記図32
に示されるように、ステップS107で金属膜ME101を形成し、上記図33に示されるように、ステップS108で熱処理を行って金属シリサイド層SLを形成し、ステップS109でウェット洗浄処理により未反応の金属膜ME101を除去する。未反応の金属膜ME101をステップS109で除去した後、必要に応じて、更に、半導体基板SBに熱処理を施すこともできる。その後、上記ステップS21(層間絶縁膜IL1形成工程)、上記ステップS22(コンタクトホールCT形成工程)、上記ステップS23(プラグPG形成工程)、および上記ステップS24(配線M1形成工程)が行われる。
第1検討例の製造工程において、ステップS101の熱処理工程とステップS102の絶縁膜ZM101形成工程の順番を入れ替えた場合が、第2検討例の製造工程に相当している。
このため、第2検討例の製造工程では、ステップS102で絶縁膜ZM101を形成した後に、ステップS101で不純物の活性化用の熱処理を行っている。従って、第2検討例の場合は、ステップS101の熱処理を行う段階では、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTを覆うように絶縁膜ZM101が形成されており、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上面は、絶縁膜ZM101で覆われているため、露出されていない。
このため、第2検討例の場合は、ステップS101の熱処理を行っても、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物は、外気中に抜けないで済む。すなわち、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上面が絶縁膜ZM101で覆われている状態でステップS101の熱処理を行うため、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物がステップS101の熱処理時に外気中に抜けてしまうのを、絶縁膜ZM101によって防ぐことができる。このため、第2検討例の場合は、ステップS101の熱処理の前後で、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度を維持することができる。
このため、第2検討例の場合は、ステップS101の熱処理後のn型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度がばらついてしまうのを防止することができ、従って、製造された半導体装置において、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度がばらついてしまうのを防止することができる。従って、不純物濃度のばらつきに起因した半導体装置の電気的特性のばらつきを抑制または防止することができる。
しかしながら、本発明者の検討によれば、第2検討例の製造工程の場合、次のような課題が発生することが分かった。図37は、第2検討例の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、ステップS101の熱処理を行った段階が示されている。すなわち、上記図36の一部を拡大して示したものが、図37に対応している。
第2検討例の製造工程では、ステップS102で絶縁膜ZM101を形成した後に、ステップS101で不純物の活性化用の熱処理を行っているため、ステップS101の熱処理を行った際に、絶縁膜ZM101が収縮してしまい、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに歪が発生し、半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生しやすくなる。すなわち、ステップS101の熱処理が高温の熱処理であることから、ステップS101の熱処理時における絶縁膜ZM101の収縮量が大きくなり、収縮に伴う応力によって半導体基板SBに歪が発生し、半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生しやすくなる。図37には、ステップS101の熱処理によって生じた結晶欠陥CKを模式的に示してある。この結晶欠陥CKは、応力の集中箇所で発生しやすく、例えば、サイドウォールスペーサSW1の側面(ゲート電極GEに接している側とは反対側の側面)の下方の基板領域に発生しやすい。すなわち、n型半導体領域SDとn型半導体領域EXとの境界付近に結晶欠陥CKが発生しやすい。結晶欠陥CKは、クラックの場合もある。
また、ステップS7,S9のイオン注入で不純物が注入された基板領域(具体的にはn型半導体領域EXおよびn型半導体領域SDが形成された領域)は、ステップS101の熱処理を行う前はアモルファス状態となっているが、このことも、ステップS101の熱処理時に図37中に示される位置に結晶欠陥CKが発生しやすくなる要因の一つである。
半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生してしまうと、製造された半導体装置において、電気的特性が変動し、半導体装置の信頼性の低下を招く虞がある。このため、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力によって半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生することは、防ぐことが望ましい。
半導体基板SB内の結晶欠陥CKを防ぐためには、第1検討例のように絶縁膜ZM101形成工程(ステップS102)の前にステップS101の熱処理を行えばよい。絶縁膜ZM101形成前に、ステップS101のような高温の熱処理を行えば、そのような高温の熱処理で絶縁膜ZM101が収縮することがないため、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力によって半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生するのを、防止することができる。
しかしながら、第1検討例の場合は、上述のように、絶縁膜ZM101形成工程(ステップS102)の前にステップS101の熱処理を行うことにより、そのステップS101の熱処理の際に、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物が、外気中に抜けて(放出されて)しまうという課題が発生してしまう。
このため、第1検討例と第2検討例とでは、互いに異なる課題が発生してしまうことになる。
また、第2検討例において、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力によって半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生することを抑制するために、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くすることが考えられる。ステップS101の熱処理を行った際の、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力の大きさは、絶縁膜ZM101の厚みが厚くなるほど大きくなり、絶縁膜ZM101の厚みが薄くなるほど小さくなる傾向になる。このため、第2検討例において、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くすれば、ステップS101の熱処理を行った際に、絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力を小さくすることができるため、絶縁膜ZM101の収縮に起因して半導体基板SB内に結晶欠陥CKが発生するのを抑制または防止することができる。
しかしながら、第2検討例において、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くすることは、別の課題を発生させてしまう。すなわち、第2検討例において、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くしてしまうと、ステップS106でウェット洗浄処理を行った際に、シリサイドブロック膜として機能させるべき絶縁膜ZM101がエッチングされて消失してしまう虞がある。
すなわち、ステップS106のウェット洗浄処理には、以下のような役割がある。ステップS104のエッチングを終了した段階で、ゲート電極GEの側壁上のサイドウォールスペーサSW1の側面下部(ゲート電極GEに接している側とは反対側の側面の下部)に隣接する位置などに、絶縁膜ZM101の残渣部(残存部)ZS101が残存する場合がある。この残渣部ZS101は、上記図29および図30に示されている。この残渣部ZS101が残存した状態で、ステップS107,S108,S109を行ってしまうと、この残渣部ZS101で覆われている部分のn型半導体領域SDの表面には、金属シリサイド層SL101は形成されなくなってしまう。しかしながら、ステップS104のエッチング工程で残渣部ZS101が発生したとしても、この残渣部ZS101を、ステップS106ウェット洗浄処理でエッチングして除去することができるため、残渣部ZS101に起因して、金属シリサイド層SL101の形成不良が発生するのを、抑制または防止することができる。
また、ステップS105でレジストパターンRP101を除去するが、レジストパターンRP101を完全に除去できずに、レジストパターンRP101の残渣が残存する場合もあり得る。しかしながら、ステップS105のレジストパターンRP101の除去工程でレジストパターンRP101の残渣が発生したとしても、そのレジストパターンRP101の残渣を、ステップS106のウェット洗浄処理で除去することができる。このため、レジストパターンRP101の残渣に起因して、金属シリサイド層SL101の形成不良が発生するのを、抑制または防止することができる。
また、ステップS106の洗浄処理を行うことにより、金属シリサイド層SL101を形成すべき面(ここではn型半導体領域SDの表面とゲート電極GEの表面とシリコンパターンSPTのうちの絶縁膜ZM101で覆われていない部分の表面)を清浄化して、的確に露出させることができる。これにより、金属シリサイド層SL101を所定の領域に的確に形成することができる。
ステップS106のウェット洗浄処理のこのような作用を考慮すると、ステップS106のウェット洗浄処理を行った際に、絶縁膜ZM101がある程度エッチングされることは、避けることができない。すなわち、絶縁膜ZM101の残渣部ZS101やレジストパターンRP101の残渣をステップS106のウェット洗浄処理で的確に除去し、金属シリサイド層SL101を形成すべき面を清浄化して的確に露出させようと、使用する薬液や処理時間を選択すれば、必然的に、ステップS106のウェット洗浄処理を行った際に、絶縁膜ZM101がある程度エッチングされてしまう。つまり、ステップS106のウェット洗浄処理の前後で絶縁膜ZM101の厚みは減少し、ステップS106のウェット洗浄処理の後の絶縁膜ZM101の厚みは、ステップS106のウェット洗浄処理の前の絶縁膜ZM101の厚みよりも、薄くなってしまう。
このため、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くしてしまうと、ステップS106でウェット洗浄処理を行った際に、シリサイドブロック膜として機能させるべき絶縁膜ZM101がエッチングされて除去されてしまい、金属シリサイド層SL101の形成を防止すべき領域から、シリサイドブロック膜である絶縁膜ZM101が消失してしまう懸念が生じてしまう。このため、ステップS106でウェット洗浄処理を行った後に、金属シリサイド層SL101の形成を防止すべき領域に絶縁膜ZM101が層状に残存するように、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みは、あまり薄くせずに、ある程度の厚みを確保することが望ましい。そうすることで、ステップS106でウェット洗浄処理を行った後に、金属シリサイド層SL101の形成を防止すべき領域に絶縁膜ZM101を層状に的確に残存させることができ、絶縁膜ZM101で覆われた領域に金属シリサイド層SL101が形成されないようにすることができる。
つまり、第2検討例において、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを薄くすると、ステップS106のウェット洗浄処理で、シリサイドブロック膜として機能させるべき絶縁膜ZM101が消失してしまう懸念があり、一方、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを厚くすると、ステップS101の熱処理時に半導体基板SB内に結晶欠陥CKが生じやすくなる。
このように、第2検討例の場合は、ステップS102で形成する絶縁膜ZM101の厚みを厚くしても薄くしても、それぞれ別の課題が発生してしまう。
<主要な特徴と効果について>
本実施の形態の半導体装置の製造工程は、ステップS1で半導体基板SBを準備し、ステップS4,S5,S6で前記半導体基板SB上にMISFET用のゲート電極GEをゲート絶縁膜(ここでは絶縁膜GI)を介して形成する。それから、ステップS8でゲート電極GEの側壁上にサイドウォールスペーサSW(側壁絶縁膜)を形成し、ステップS9でイオン注入法を用いて前記半導体基板SBにn型半導体領域SD(ソース・ドレイン領域)を形成する。それから、ステップS10で、半導体基板SB上に、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSWを覆うように、絶縁膜ZM1(第1絶縁膜)を形成し、ステップS11で、熱処理(第1の熱処理)を行う。それから、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2(第2絶縁膜)を形成し、ステップS14で絶縁膜ZM2上にレジストパターンRP1を形成する。それから、ステップS15で、レジストパターンRP1をエッチングマスクとして用いて絶縁膜ZM2および絶縁膜ZM1をエッチングすることにより、レジストパターンRP1で覆われない部分の絶縁膜ZM2および絶縁膜ZM1を除去し、レジストパターンRP1の下に絶縁膜ZM2および絶縁膜ZM1を残す。それから、ステップS16でレジストパターンRP1を除去し、ステップS17でウェット洗浄処理を行う。それから、ステップS18で、n型半導体領域SD(ソース・ドレイン領域)上を含む半導体基板SB上に、ゲート電極GEおよびサイドウォールスペーサSWを覆うように、金属膜MEを形成する。それから、ステップS19で、熱処理(第2熱処理)を行って金属膜MEとn型半導体領域SD(ソース・ドレイン領域)とを反応させて、n型半導体領域SD上に金属シリサイド層SLを形成する。
本実施の形態の主要な特徴のうちの一つは、ステップS10で絶縁膜ZM1を形成し、ステップS11で熱処理を行い、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成することである。
本実施の形態では、上記絶縁膜ZM101の代わりに、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM1上の絶縁膜ZM2との積層膜を用いるとともに、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後で、かつ、絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前に、ステップS11の熱処理工程を行っている。
本実施の形態では、ステップS10で絶縁膜ZM1を形成した後に、ステップS11の熱処理を行っているため、ステップS11の熱処理を行う段階では、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTを覆うように絶縁膜ZM1が形成されており、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上面は、露出されないことになる。
このため、ステップS11の熱処理を行っても、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物は、外気中に抜けないで済む。すなわち、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTの各上面が絶縁膜ZM1で覆われている状態でステップS11の熱処理を行うため、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内に導入されている不純物がステップS11の熱処理時に外気中に抜けてしまうのを、絶縁膜ZM1によって防ぐことができる。このため、本実施の形態では、ステップS11の熱処理の前後で、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度を維持することができる。
このため、本実施の形態では、ステップS11の熱処理後のn型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度がばらついてしまうのを防止することができ、従って、製造された半導体装置において、n型半導体領域SD、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPTのそれぞれ内の不純物濃度がばらついてしまうのを防止することができる。従って、不純物濃度のばらつきに起因した半導体装置の電気的特性のばらつきを抑制または防止することができる。これにより、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
本実施の形態とは異なり、ステップS11の熱処理を行った後に絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)を行った場合には、上記第1検討例を参照して説明したような課題が発生してしまうが、本実施の形態では、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)を行った後にステップS11の熱処理を行うことで、上記第1検討例を参照して説明したような課題を解決することができる。
また、本実施の形態では、上記絶縁膜ZM101の代わりに、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM1上の絶縁膜ZM2との積層膜を用いるとともに、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後で、かつ、絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前に、ステップS11の熱処理工程を行っている。このため、第2検討例におけるステップS102で形成した上記絶縁膜ZM101の厚みと、本実施の形態のステップS10,S12で形成した絶縁膜ZM1,ZM2の合計の厚みとを同じにした場合、第2検討例におけるステップS101の熱処理の際の絶縁膜ZM101の厚みよりも、本実施の形態におけるステップS11の熱処理の際の絶縁膜ZM1の厚みの方が薄くなる。すなわち、第2検討例の場合は、厚い絶縁膜ZM101が形成された状態でステップS101の熱処理を行うのに対して、本実施の形態の場合は、絶縁膜ZM101よりも薄い絶縁膜ZM1が形成された状態でステップS11の熱処理を行うことになる。このため、第2検討例においてステップS101の熱処理を行った際の絶縁膜ZM101の収縮に伴う応力に比べて、本実施の形態においてステップS11の熱処理を行った際の絶縁膜ZM1の収縮に伴う応力は小さくなる。これにより、第2検討例に比べて、本実施の形態の方が、熱処理(ステップS101またはステップS11の熱処理)時の絶縁膜(絶縁膜ZM101または絶縁膜ZM1)の収縮に起因して半導体基板SB内に結晶欠陥(CK)が発生するのを抑制または防止することができる。
また、本実施の形態では、ステップS10で絶縁膜ZM1を形成し、ステップS11で熱処理を行った後に、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成し、この絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜をステップS14,S15でパターニングしている。このため、本実施形態では、ステップS10で形成した絶縁膜ZM1の厚みが薄くても、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成することで、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の厚みを確保し、ある程度大きくすることができる。例えば、ステップS10で形成した絶縁膜ZM1の厚みを、第2検討例においてステップS102で形成した上記絶縁膜ZM101の厚みよりも薄くしながら、ステップS10,S12で形成した絶縁膜ZM1,ZM2の合計の厚みを、第2検討例においてステップS102で形成した上記絶縁膜ZM101の厚みと同程度とすることができる。
ステップS17のウェット洗浄処理の作用を考慮すると、ステップS17のウェット洗浄処理を行った際に、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜がある程度エッチングされることは、避けることができない。すなわち、絶縁膜ZM1,ZM2の上記残渣部ZSや上記レジストパターンRP1の残渣をステップS17のウェット洗浄処理で的確に除去し、金属シリサイド層SLを形成すべき面を清浄化して的確に露出させようとすれば、必然的に、ステップS17のウェット洗浄処理を行った際に、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜がある程度エッチングされてしまう。
しかしながら、本実施形態では、ステップS10で形成した絶縁膜ZM1の厚みが薄くても、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成することで、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の厚みをある程度大きくすることができるため、ステップS17でウェット洗浄処理を行っても、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に絶縁膜ZM1を層状に残存させることができる。このため、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に絶縁膜ZM1が層状に残存した状態で、ステップS18で金属膜MEを形成することができるため、絶縁膜ZM1で覆われた領域に金属シリサイド層SLが確実に形成されないようにすることができる。
このように、本実施の形態では、ステップS17のウェット洗浄処理でのシリサイドブロック膜の膜厚の減少分を考慮して、ステップS14,S15でパターニングする際のシリサイドブロック膜の厚みをある程度厚くするとともに、ステップS11の熱処理の際に発生する応力を抑制するために、ステップS11の熱処理の際のシリサイドブロック膜の厚みを薄くしている。これを実現するために、本実施の形態では、シリサイドブロック膜として、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM1上の絶縁膜ZM2との積層膜を用いるとともに、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後で、かつ、絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前に、ステップS11の熱処理工程を行っている。これにより、シリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)が形成されている状態でステップS11の熱処理を行うことで、ステップS11の熱処理の際にn型半導体領域SDなどに導入されている不純物が外気中に抜けるのを防止することができる。そして、ステップS11の熱処理の際のシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)の厚みを薄くすることができることで、シリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)の収縮に伴う応力に起因した結晶欠陥(CK)が半導体基板SBに生じるのを抑制または防止することができる。更に、ステップS11の熱処理の際のシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)の厚みよりも、ステップS14,S15でパターニングする際のシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜)の厚みを厚くすることができる。このため、ステップS17のウェット洗浄処理でシリサイドブロック膜の膜厚が減少したとしても、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域にシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)を層状に残存させることができる。これにより、残存するシリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)で覆われた領域に金属シリサイド層SLが確実に形成されないようにすることができる。
また、本実施の形態では、シリサイドブロック膜を、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜としているが、それだけではなく、ステップS11の熱処理工程を、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後でかつ絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前に行うことが重要である。すなわち、本実施の形態とは異なり、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)と絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)との両方をステップS11の熱処理工程の後に行った場合には、第1検討例で説明したような課題(n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が熱処理によって外気中に抜けてしまう課題)が生じてしまう。また、本実施の形態とは異なり、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)と絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)との両方をステップS11の熱処理工程の前に行った場合には、第2検討例で説明したような課題(ステップS11の熱処理時に絶縁膜ZM1,ZM2の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が生じる課題)が生じてしまう。
しかしながら、本実施の形態では、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後でかつ絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前にステップS11の熱処理工程を行っているため、第1検討例で説明したような課題と、第2検討例で説明したような課題との両方を解決することができる。すなわち、本実施の形態では、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後にステップS11の熱処理工程を行っている。このため、絶縁膜ZM1が形成された状態でステップS11の熱処理工程が行われることになり、第1検討例で説明したような課題(n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が熱処理によって外気中に抜けてしまう課題)を解決することができる。また、本実施の形態では、絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前にステップS11の熱処理工程を行っている。このため、絶縁膜ZM1は形成されているが絶縁膜ZM2は形成されていない状態でステップS11の熱処理工程が行われることになり、第2検討例で説明したような課題(ステップS11の熱処理時に絶縁膜ZM1,ZM2の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が生じる課題)を解決することができる。
このように、本実施の形態では、ステップS10で絶縁膜ZM1を形成し、ステップS11で熱処理を行い、ステップS12で絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成することで、第1検討例で説明したような課題や第2検討例で説明したような課題を解決することができ、半導体装置の信頼性を向上させることができる。
次に、本実施の形態の他の特徴について説明する。
本実施の形態では、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で、ステップS10(絶縁膜ZM1形成工程)の前に、ステップS11の熱処理温度(第1の熱処理温度)以上の温度での熱処理(加熱工程)は行われないことが好ましい。例えば、ステップS11の熱処理温度が1000℃の場合、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で、ステップS10(絶縁膜ZM1形成工程)の前に、1000℃以上の温度での熱処理は行われない。
本実施の形態とは異なり、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で、ステップS10(絶縁膜ZM1形成工程)の前に、ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理が行われてしまうと、その熱処理の際に、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が外気中に抜けてしまう現象が発生する虞がある。
それに対して、本実施の形態では、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で、ステップS10(絶縁膜ZM1形成工程)の前に、ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われないようにすることで、n型半導体領域SDが露出した状態で高温の熱処理(ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理)が行われないようにすることができる。これにより、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が高温の熱処理によって外気中に抜けてしまう現象が生じるのを、的確に抑制または防止することができる。また、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で行う必要がある高温の熱処理(活性化アニール)は、ステップS10(絶縁膜ZM1形成工程)の後に、ステップS11の熱処理として行うことにより、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物がその高温の熱処理によって外気中に抜けてしまう現象が生じるのを、絶縁膜ZM1によって防止することができる。
また、本実施の形態では、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後で、ステップS15(絶縁膜ZM2,ZM1のエッチング工程)の前に、ステップS11の熱処理温度(第1の熱処理温度)以上の温度での熱処理(加熱工程)は行われないことが好ましい。例えば、ステップS11の熱処理温度が1000℃の場合、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後で、ステップS15(絶縁膜ZM2,ZM1のエッチング工程)の前に、1000℃以上の温度での熱処理は行われない。
本実施の形態とは異なり、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後で、ステップS15(絶縁膜ZM2,ZM1のエッチング工程)の前に、ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理が行われてしまうと、その熱処理の際に、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が生じる虞がある。
それに対して、本実施の形態では、ステップS12の後で、ステップS15の前に、ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われないようにすることで、半導体基板SBの主面全体に絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜が形成された状態で、高温の熱処理(ステップS11の熱処理温度以上の温度での熱処理)が行われないようにすることができる。これにより、熱処理時の絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が生じるのを、的確に抑制または防止することができる。また、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後で行う必要がある高温の熱処理(活性化アニール)は、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の前に、ステップS11の熱処理として行うことにより、絶縁膜ZM1は形成されているが絶縁膜ZM2は形成されていない状態でその高温の熱処理が行われるようにすることができる。このため、ステップS11の熱処理の際には、半導体基板SBの主面全体に形成されている絶縁膜(ここでは絶縁膜ZM1)の厚みを薄くすることができるため、その絶縁膜(ここでは絶縁膜ZM1)の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が発生するのを、抑制または防止することができる。
また、ステップS11の熱処理により、ステップS9で形成したn型半導体領域SD(ソース・ドレイン領域)内の不純物を活性化することができる。また、n型半導体領域EX、ゲート電極GEおよびシリコンパターンSPT内の不純物も、ステップS11の熱処理により活性化することができる。このため、ステップS11の熱処理は、活性化アニール(不純物の活性化のための熱処理)とみなすこともできる。活性化アニールとしては、比較的高温の熱処理が必要である。このため、ステップS11の熱処理は、比較的高温の熱処理であり、ステップS11の熱処理温度(第1の熱処理温度)としては、900℃以上が好ましい。ステップS11の熱処理温度を900℃以上とすることで、n型半導体領域SDなどに導入された不純物を的確に活性化させることができる。また、イオン注入によってアモルファス化されていた基板領域を、ステップS11の熱処理によって結晶化させることもできる。例えば900〜1050℃程度を、ステップS11の熱処理温度として好適に適用することができる。
また、活性化アニールとして高温の熱処理が必要なことに伴い、第1検討例で説明したような課題や第2検討例で説明したような課題が発生するが、本実施の形態では、上述したように、ステップS10とステップS12との間に活性化アニールを行うことで、それらの課題を解決することができる。
更に具体的に言えば、ステップS11の熱処理の後には、ステップS11の熱処理温度(第1の熱処理温度)以上の温度での熱処理(加熱工程)は行われない。つまり、ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後の工程において、ステップS11の熱処理は、最も高温の工程である。ステップS9(n型半導体領域SD形成工程)の後の工程において、最も高温の工程であるステップS11の熱処理を、絶縁膜ZM1形成工程(ステップS10)の後でかつ絶縁膜ZM2形成工程(ステップS12)の前に行うことにより、第1検討例で説明したような課題や第2検討例で説明したような課題を解決することができる。
また、本実施の形態では、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後で、ステップS14(レジストパターンRP1形成工程)の前に、ステップS13の熱処理を行っている。このステップS13の熱処理の熱処理温度(第2の熱処理温度)は、ステップS11の熱処理の熱処理温度(第1の熱処理温度)よりも低い。ステップS13の熱処理は、省略することもできるが、ステップS13の熱処理を行うことにより、以下の効果を得ることができる。
すなわち、ステップS13の熱処理を行うことにより、絶縁膜ZM2を焼き締めることができ、ステップS17のウェット洗浄の際の絶縁膜ZM2のエッチング速度を遅くすることができる。ここで、図38は、絶縁膜ZM2に用いた絶縁膜(ここでは酸化シリコン膜)について、成膜後の熱処理(ステップS13の熱処理に対応)を行った場合と行わなかった場合とで、ウェット洗浄(ステップS17のウェット洗浄処理に対応)におけるエッチング量を比較したグラフである。図38のグラフの横軸は、ウェット洗浄処理の時間に対応している。図38のグラフの縦軸は、ウェット洗浄によるエッチング量(エッチング厚み)に対応し、任意単位(arbitrary unit)で示してある。図38のグラフからも分かるように、絶縁膜ZM2の成膜後に熱処理を行うことにより、ステップS17のウェット洗浄処理における絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することが可能である。
ステップS17のウェット洗浄処理における絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することができることは、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みを薄くしてもよいことにつながる。なぜなら、ステップS17のウェット洗浄処理でシリサイドブロック膜がエッチンされてシリサイドブロック膜の膜厚が減少することを考慮して、絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2を形成することでシリサイドブロック膜の厚みを稼いでいるからである。このため、ステップS17のウェット洗浄処理における絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することができれば、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みを薄くしても、ステップS17のウェット洗浄処理の終了後に、シリサイドブロック膜を層状に残存させることができる。このため、ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後に、ステップS13の熱処理を行うことにより、ステップS17のウェット洗浄処理における絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することができるため、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みを薄くすることが可能となる。
ここで、隣接間隔WD(図10参照)は、ゲート長方向に隣り合うゲート電極GEの間において、一方のゲート電極の側壁上に形成されたサイドウォールスペーサSWと、他方のゲート電極の側壁上に形成されたサイドウォールスペーサSWとの間の間隔に対応している。半導体装置の小型化に伴い、半導体基板SBに形成するMISFETなども微細化されてきており、隣接間隔WDも小さくなってきている。この隣接間隔WDが小さい場合、絶縁膜ZM2が厚すぎると、ゲート長方向に隣り合うゲート電極GEの間の領域が絶縁膜ZM2で埋め込まれてしまう。その場合、ステップS15のエッチングの際に、ゲート長方向に隣り合うゲート電極GEの間の絶縁膜ZM2,ZM1が上手く除去できずに残存してしまい、n型半導体領域SD上に金属シリサイド層SLが形成されなくなる虞がある。このため、隣接間隔WDが小さい場合は、絶縁膜ZM2の厚みをある程度薄くすることが望ましい。例えば、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚み(厚さ、膜厚)T1と、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚み(厚さ、膜厚)T2との合計は、隣接間隔WDの1/2未満であることが好ましい(すなわちT1+T2<WD×1/2)。そうすることにより、ステップS15のエッチングの際に、ゲート長方向に隣り合うゲート電極GEの間の絶縁膜ZM2,ZM1を的確に除去することができるようになり、n型半導体領域SD上に金属シリサイド層SLを的確に形成することができるようになる。なお、厚みT1は図12に示され、厚みT2は図14に示されている。
ステップS12(絶縁膜ZM2形成工程)の後に、ステップS13の熱処理を行うことにより、ステップS17のウェット洗浄処理における絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することができるため、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みを薄くすることが可能となり、それによって、MISFETなどの微細化に伴う隣接間隔WDの縮小にも対応できるようになる。これにより、半導体装置の小型化を図ることができる。
また、ステップS13の熱処理の熱処理温度は、ステップS11の熱処理の熱処理温度よりも低い。例えば、ステップS11の熱処理温度は、好ましくは900〜1050℃程度であり、ステップS13の熱処理温度は、好ましくは700〜800℃程度である。ステップS13の熱処理温度は、ステップS11の熱処理温度よりも低いため、ステップS13の熱処理の際の絶縁膜ZM1,ZM2の収縮量を抑制することができ、従って、ステップS13の熱処理の際の絶縁膜ZM1,ZM2の収縮に伴う応力を抑制することができる。このため、ステップS13の熱処理の際の絶縁膜ZM1,ZM2の収縮に伴う応力によって半導体基板SBに結晶欠陥が発生するのを抑制または防止することができる。すなわち、ステップS11の熱処理の際には、熱処理温度は高いが、絶縁膜ZM2が形成されていないことで、シリサイドブロック膜の収縮に伴う応力を抑制して半導体基板SBに結晶欠陥が発生するのを抑制または防止している。一方、ステップS13の熱処理の際には、絶縁膜ZM1だけでなく絶縁膜ZM2も形成されているが、熱処理温度が低いことで、シリサイドブロック膜の収縮に伴う応力を抑制して半導体基板SBに結晶欠陥が発生するのを抑制または防止している。このため、ステップS11の熱処理と、ステップS13の熱処理の両方において、半導体基板SBに結晶欠陥が発生するのを抑制または防止することができる。
また、ステップS13の熱処理を省略する場合もあり得る。ステップS13の熱処理を省略した場合は、絶縁膜ZM2として最低限必要な厚みが、ステップS13の熱処理を行った場合よりも、厚くなる。しかしながら、ステップS13の熱処理を省略した場合は、工程数を低減することができるため、半導体装置の製造時間を短縮でき、また、半導体装置のスループットを向上させることができる。また、半導体装置の製造コストを低減することができる。
次に、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2の厚みについて更に説明する。
本実施の形態の技術思想は、ステップS17のウェット洗浄処理でのシリサイドブロック膜の膜厚の減少分を考慮して、ステップS14,S15でパターニングする際のシリサイドブロック膜の厚みをある程度厚くするとともに、ステップS11の熱処理の際に発生する応力を抑制するために、ステップS11の熱処理の際のシリサイドブロック膜の厚みを薄くすることである。このため、ステップS14,S15でパターニングする際の絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の厚みを確保しながら、ステップS11の熱処理の際の絶縁膜ZM1の厚みは薄くすることが好ましい。
このため、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1(図12参照)よりも、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2(図14参照)が厚いことが好ましい(すなわちT1<T2)。言い換えると、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2よりも、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1が薄いことが好ましい(すなわちT1<T2)。
ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2よりも、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1を薄くすることにより、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜の厚みを確保しながら、絶縁膜ZM1の厚みをより薄くすることができるため、ステップS11の熱処理時に絶縁膜ZM1の収縮に伴う応力をより小さくすることができる。それにより、ステップS11の熱処理時に半導体基板SBに結晶欠陥が生じるのを、より的確に抑制または防止することができる。
すなわち、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2よりも、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1を薄くすれば(すなわちT1<T2)、ステップS11の熱処理の際のシリサイドブロック膜の厚みを、ステップS14,S15でパターニングする際のシリサイドブロック膜の厚みの1/2よりも小さくすることができる。これにより、ステップS11の熱処理時にシリサイドブロック絶縁膜の収縮に伴う応力を的確に抑制して、半導体基板SBに結晶欠陥が生じるのを、より的確に抑制または防止することができる。
また、ステップS11の熱処理時の絶縁膜ZM1の収縮に伴う応力を抑制する観点では、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1が薄いことが好ましいが、絶縁膜ZM1の厚みT1を薄くし過ぎると、ステップS11の熱処理の際に、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が絶縁膜ZM1を通り抜けて外気中に抜けてしまう現象が生じる懸念がある。このため、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1は、10nm以上であることが好ましい(すなわちT1≧10nm)。ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1を10nm以上(T1≧10nm)とすることにより、ステップS11の熱処理の際に、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が絶縁膜ZM1を通り抜けて外気中に抜けてしまう現象が生じるのを的確に防止することができる。
このため、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1を10nm以上にするとともに、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1よりも、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2を厚くすることが、好ましい(すなわち10nm≦T1<T2)。これにより、ステップS11の熱処理の際に、n型半導体領域SDなどに導入されている不純物が絶縁膜ZM1を通り抜けて外気中に抜けてしまう現象が生じるのを的確に防止するとともに、ステップS11の熱処理時に絶縁膜ZM1の収縮に伴う応力をより小さくして、半導体基板SBに結晶欠陥が生じるのを、より的確に抑制または防止することができる。
また、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1は、ステップS11の熱処理の際にn型半導体領域SDなどに導入されている不純物が絶縁膜ZM1を通り抜けて外気中に抜けてしまう現象が生じるのを防止するのに十分な厚みを確保すれば、ステップS11の熱処理時の応力を考慮してできるだけ薄くすることが望ましい。この観点で、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1は、20nm以下であることが好ましい(T1≦20nm)。従って、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1は、10〜20nmの範囲内であることが最も好ましい(10nm≦T1≦20nm)。
また、絶縁膜ZM2は、ステップS17のウェット洗浄処理でのシリサイドブロック膜の膜厚の減少分を考慮して、ステップS14,S15でパターニングする際のシリサイドブロック膜の厚みをある程度厚くするために形成している。このため、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2は、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1やステップS17のウェット洗浄処理の条件に応じて、設定することができる。ステップS17のウェット洗浄処理の条件にもよるが、例えば、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1を10〜20nm程度とし、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2を20〜30nm程度とすることができる。
また、本実施の形態においては、絶縁膜ZM1は、シリサイドブロック膜として機能する絶縁膜である。また、絶縁膜ZM2も、シリサイドブロック膜として機能する絶縁膜である。絶縁膜ZM1および絶縁膜ZM2は、金属シリサイド層SLを必要としない領域にサリサイドプロセスで金属シリサイド層SLが形成されないようにするために、形成される。
ここで、ステップS10で絶縁膜ZM1を形成してから、ステップS12で絶縁膜ZM2を形成する前までのシリサイドブロック膜は、絶縁膜ZM1により構成され、また、ステップS12で絶縁膜ZM2を形成してから、ステップS17でウェット洗浄処理を行う直前までのシリサイドブロック膜は、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜により構成されている。そして、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の少なくとも一部はエッチングされてしまう。言い換えると、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の一部または全部がエッチングされてしまう。このため、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後のシリサイドブロック膜は、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との積層膜か、あるいは、絶縁膜ZM1の単層膜(単体膜)により構成されている。
ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の全部(厚み全部)がエッチングされてしまった場合には、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後のシリサイドブロック膜は、絶縁膜ZM1の単層膜(単体膜)により構成されている(上記図19参照)。この場合は、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後には、絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2は残存せずに、絶縁膜ZM1の上面が露出されることになる。この場合、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2がエッチングされて絶縁膜ZM1の上面が露出した後に、絶縁膜ZM1の一部(厚みの一部)がエッチングされる場合もあり得るが、そのような場合でも、絶縁膜ZM1の全部(厚み全部)はエッチングされずに、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に、絶縁膜ZM1が層状に残存する。
一方、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の全部(厚み全部)ではなく一部(厚みの一部)がエッチングされてしまった場合には、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後のシリサイドブロック膜は、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM1上に層状に残存する絶縁膜ZM2との積層膜により構成されている(図39参照)。この場合、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後には、絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2が層状に残存した状態になるが、ステップS17のウェット洗浄処理を行った後の絶縁膜ZM2の厚みは、ステップS17のウェット洗浄処理を行う前の絶縁膜ZM2の厚みよりも薄くなっている。
なお、上記図19には、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の全部(厚み全部)がエッチングされ、絶縁膜ZM1の上面が露出された場合が示されている。ここで、図39は、本実施の形態の半導体装置の製造工程中の要部断面図であり、上記図19と同じ工程段階が示されている。但し、図39には、ステップS17のウェット洗浄処理において、絶縁膜ZM2の一部(厚みの一部)がエッチングされ、絶縁膜ZM1上に絶縁膜ZM2が層状に残存した場合が示されている。
図19の場合と図39の場合のいずれにおいても、ステップS17のウェット洗浄処理の前後でシリサイドブロック膜の厚みは減少し、ステップS17のウェット洗浄処理の前のシリサイドブロック膜の厚みよりも、ステップS17のウェット洗浄処理の後のシリサイドブロック膜の厚みが、薄くなる。但し、図19の場合と図39の場合のいずれにおいても、ステップS17のウェット洗浄処理を考慮して、ステップS17のウェット洗浄処理を終了した後に、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域にシリサイドブロック膜が層状に残存するように、ステップS10で形成する絶縁膜ZM1の厚みT1と、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みT2とを設定する。ステップS17のウェット洗浄処理を終了した後に、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に層状に残存するシリサイドブロック膜の厚みは、10nm以上であることが望ましい。すなわち、図19の場合は、ステップS17のウェット洗浄処理を終了した後に、シリコンパターンSPT上に残存する絶縁膜ZM1の厚みは、10nm以上であることが望ましい。また、図39の場合は、ステップS17のウェット洗浄処理を終了した後に、シリコンパターンSPT上に残存する絶縁膜ZM1および絶縁膜ZM2の積層膜の厚み(すなわち絶縁膜ZM1の厚みと絶縁膜ZM2の厚みの合計)は、10nm以上であることが望ましい。
ステップS18で金属膜MEをスパッタリング法で形成する場合には、金属膜MEの成膜工程において、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に層状に残存するシリサイドブロック膜の厚みが薄すぎると、飛来するスパッタ粒子がシリサイドブロック膜を削ってしまい、下地(例えば金属シリサイド層SLを形成すべきでない部分のシリコンパターンSPT)が露出する虞がある。それに対して、ステップS17のウェット洗浄処理を終了した後に、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に層状に残存するシリサイドブロック膜の厚みを、10nm以上としておけば、ステップS18で金属膜MEをスパッタリング法で形成したとしても、飛来するスパッタ粒子がシリサイドブロック膜を削って下地が露出する現象が生じてしまうのを、的確に防止することができる。これにより、金属シリサイド層SLの形成を防止すべき領域に金属シリサイド層SLが形成されてしまうのを、的確に防止することができる。
次に、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2の材料や成膜法などについて、更に説明する。
反応ガスとしてオゾン(O)ガスおよびTEOS(tetraethoxysilane:テトラエトキシシラン)ガスを用いて熱CVD法で形成した酸化シリコン膜、あるいは、反応ガスとして酸素(O)ガスおよびシランガスを用いて熱CVD法で形成した酸化シリコン膜は、基板表面で比較的低温でガスを反応させて成膜を行っている。そのような酸化シリコン膜は、活性化アニールのような高温の熱処理を行った際の収縮量が非常に大きいため、上記第2検討例で説明したような課題が発生しやすい。このため、絶縁膜ZM1に、反応ガスとしてオゾンガスおよびTEOSガスを用いて熱CVD法で形成した酸化シリコン膜、あるいは、反応ガスとして酸素ガスおよびシランガスを用いて熱CVD法で形成した酸化シリコン膜を用いる場合に、本実施の形態を適用すれば、その効果は極めて大きい。
また、絶縁膜を熱CVD法で成膜する際の基板温度が低い場合には、活性化アニールのような高温の熱処理を行った際のその絶縁膜の収縮量は非常に大きいため、上記第2検討例で説明したような課題が発生しやすい。このため、絶縁膜ZM1を熱CVD法で成膜し、その成膜時の基板温度(半導体基板SBの温度)が低い場合(具体的には基板温度が500℃以下)に、本実施の形態を適用すれば、その効果は極めて大きい。
また、熱CVD法を用いて絶縁膜を形成した場合に比べて、プラズマCVD法を用いて絶縁膜を形成した場合には、不純物が少ない絶縁膜が形成され、活性化アニールのような高温の熱処理を行った際の絶縁膜の収縮量は、比較的小さくなる。しかしながら、プラズマCVD法による成膜は、プラズマによるダメージが下地に生じる虞がある。このため、絶縁膜ZM1の成膜法としては、熱CVD法を用いることがより好ましく、これにより、絶縁膜ZM1を形成する際の下地のダメージを抑制または防止することができ、半導体装置の信頼性をより向上させることができる。
また、シリサイドブロック膜の成膜法としてプラズマCVD法を用いた場合よりも熱CVD法を用いた場合の方が、活性化アニールのような高温の熱処理を行った際のシリサイドブロック膜の収縮量が非常に大きいため、上記第2検討例で説明したような課題が発生しやすい。しかしながら、本実施の形態では、上述のように上記第2検討例で説明したような課題を解決できるため、絶縁膜ZM1の成膜法として熱CVD法を好適に用いることができる。
また、特性の安定化のためには、イオン注入法でソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD)を形成した後で、活性化アニール(ステップS11の熱処理)の前には、あまり高温の処理は行わないことが望ましい。このため、絶縁膜ZM1の成膜法としては、低温の熱CVD法(具体的には基板温度が500℃以下)が好ましい。低温の熱CVD法でシリサイドブロック膜を形成した場合は、活性化アニールのような高温の熱処理を行った際のシリサイドブロック膜の収縮量が大きくなりやすいため、上記第2検討例で説明したような課題が発生しやすい。しかしながら、本実施の形態では、上述のように上記第2検討例で説明したような課題を解決できるため、絶縁膜ZM1の成膜法として低温の熱CVD法を好適に用いることができる。
また、本実施の形態では、シリサイドブロック膜として、単層の厚い絶縁膜を用いるのではなく、その厚い絶縁膜を2つの絶縁膜(ZM1,ZM2)に分けて、一層目の絶縁膜(ZM1)の形成工程(ステップS10)と、二層目の絶縁膜(ZM2)の形成工程(ステップS12)との間に、ステップS11の熱処理を行っている。このため、本実施の形態では、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とは、同種の材料により形成されている。すなわち、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とは、同種の材料からなる。この場合、例えば、絶縁膜ZM1が酸化シリコン膜からなる場合は、絶縁膜ZM2も酸化シリコン膜からなる。他の形態として、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とを、異なる種類の材料により形成することもできる。この場合、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とは、異なる種類の材料からなり、例えば、絶縁膜ZM1が酸化シリコン膜からなり、絶縁膜ZM2は窒化シリコン膜からなる。
但し、本実施の形態のように絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とを同種の材料により形成すれば、シリサイドブロック膜として相応しい材料を、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2との両方に用いることができる。これにより、金属シリサイド層SLを形成する領域と形成しない領域との設定を、シリサイドブロック膜を用いて容易かつ的確に行うことができる。また、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とを同種の材料により形成すれば、絶縁膜ZM1形成工程と絶縁膜ZM2形成工程とを行いやすくなり、例えば、絶縁膜ZM1の成膜と絶縁膜ZM2の成膜とに同じ成膜装置を用いることが可能になる。このため、半導体装置を製造しやすくなり、また、半導体装置の製造コストの低減なども図ることができる。
一方、絶縁膜ZM1と絶縁膜ZM2とを異なる種類の材料により形成すれば、ステップS17のウェット洗浄処理で使用する薬液による絶縁膜ZM1のエッチング速度と絶縁膜ZM2のエッチング速度とを異ならせることができる。このため、ステップS17のウェット洗浄処理で使用する薬液による絶縁膜ZM1のエッチング速度よりも、ステップS17のウェット洗浄処理で使用する薬液による絶縁膜ZM2のエッチング速度が小さくなるように、絶縁膜ZM2の材料を選択することができるため、ステップS17のウェット洗浄処理での絶縁膜ZM2のエッチング量を抑制することができる。これにより、ステップS12で形成する絶縁膜ZM2の厚みを薄くすることが可能になるため、MISFETなどの微細化に伴う隣接間隔WDの縮小にも対応できるようになり、半導体装置の小型化に有利となる。
また、本実施の形態では、シリサイドブロック膜(ここでは絶縁膜ZM1)により金属シリサイド層SLの形成を防止する領域を有する素子として、シリコンパターンSPTにより形成された抵抗素子(ポリシリコン抵抗素子)を例に挙げて説明したが、シリコンパターンSPTにより形成された抵抗素子以外の素子を適用することもできる。例えば、半導体基板SBにイオン注入などで不純物を導入して形成した抵抗素子などにも、適用することができる。その場合、抵抗素子を構成する不純物拡散層において、上記プラグPGを接続する領域には、ソース・ドレイン領域と同様に金属シリサイド層SLが形成されるようにし、それ以外の領域には、ステップS15のエッチング工程で絶縁膜ZM1,ZM2を残存させることで、金属シリサイド層SLが形成されないようにすることができる。
また、本実施の形態では、MISFET形成領域1Aにおいて、ソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD)上とゲート電極GE上とに金属シリサイド層SLが形成される場合について説明した。他の形態として、MISFET形成領域1Aにおいて、ソース・ドレイン領域(n型半導体領域SD)上に金属シリサイド層SLが形成されるが、ゲート電極GEの一部または全部上には金属シリサイド層SLが形成されない場合もあり得る。例えば、ゲート電極GEを金属膜により形成した場合には、ゲート電極GE上には金属シリサイド層SLは形成されない。また、ゲート電極GEがシリコン膜により形成された場合であっても、ステップS15のエッチング工程で、ゲート電極GEのうちの金属シリサイド層SLを形成しない部分上に絶縁膜ZM1,ZM2を残存させることで、ゲート電極GEの一部または全部上に金属シリサイド層SLが形成されないようにすることもできる。この場合、サリサイドプロセスにおいて、絶縁膜ZM1で覆われた部分のゲート電極GE上には、金属シリサイド層SLは形成されない。
また、金属シリサイド層SLが上面に形成されたソース・ドレイン領域を有するMISFETと、金属シリサイド層SLが上面に形成されていないソース・ドレイン領域を有するMISFETとを、同一の半導体基板SB上に混在させることもできる。その場合、金属シリサイド層SLを形成するソース・ドレイン領域については、その上の絶縁膜ZM1,ZM2は、ステップS15のエッチングで除去されるようにし、一方、金属シリサイド層SLを形成しないソース・ドレイン領域については、その上の絶縁膜ZM1,ZM2は、ステップS15のエッチングで除去されずに残存されるようにすればよい。この場合、サリサイドプロセスにおいて、絶縁膜ZM1で覆われたソース・ドレイン領域には、金属シリサイド層SLは形成されず、絶縁膜ZM1で覆われないソース・ドレイン領域には、金属シリサイド層SLが形成される。
以上、本発明者によってなされた発明をその実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
GE ゲート電極
RP1 レジストパターン
SB 半導体基板
SD n型半導体領域
SW1 サイドウォールスペーサ
ZM1,ZM2 絶縁膜

Claims (19)

  1. (a)半導体基板を準備する工程、
    (b)前記(a)工程後、前記半導体基板上にMISFET用のゲート電極をゲート絶縁膜を介して形成する工程、
    (c)前記(b)工程後、前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
    (d)前記(c)工程後、イオン注入法を用いて前記半導体基板に前記MISFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程、
    (e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
    (f)前記(e)工程後、第1の熱処理温度で第1の熱処理を行う工程、
    (g)前記(f)工程後、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
    (h)前記(g)工程後、前記第2絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程、
    (i)前記(h)工程後、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用いて前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜をエッチングすることにより、前記レジストパターンで覆われない部分の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜を除去し、前記レジストパターンの下に前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜を残す工程、
    (j)前記(i)工程後、前記レジストパターンを除去する工程、
    (k)前記(j)工程後、ウェット洗浄処理を行う工程、
    (l)前記(k)工程後、前記ソース・ドレイン領域上を含む前記半導体基板上に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、金属膜を形成する工程、
    (m)前記(l)工程後、第2の熱処理を行って前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域とを反応させて、前記ソース・ドレイン領域上に金属シリサイド層を形成する工程、
    を有する、半導体装置の製造方法。
  2. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(h)工程では、前記レジストパターンは、前記ソース・ドレイン領域の上方には形成されず、
    前記(i)工程では、前記ソース・ドレイン領域上の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜は除去される、半導体装置の製造方法。
  3. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(d)工程の後で、前記(e)工程の前に、前記第1の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われない、半導体装置の製造方法。
  4. 請求項3記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(g)工程の後で、前記(i)工程の前に、前記第1の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われない、半導体装置の製造方法。
  5. 請求項4記載の半導体装置の製造方法において、
    (g1)前記(g)後で、前記(h)工程前に、前記第1の熱処理温度よりも低い第2の熱処理温度で第3の熱処理を行う工程、
    を更に有する、半導体装置の製造方法。
  6. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の熱処理により、前記ソース・ドレイン領域内の不純物が活性化される、半導体装置の製造方法。
  7. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の熱処理温度は、900℃以上である、半導体装置の製造方法。
  8. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(e)工程で形成された前記第1絶縁膜の第1の厚さよりも、前記(g)工程で形成された前記第2絶縁膜の第2の厚さが厚い、半導体装置の製造方法。
  9. 請求項8記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の厚さは10nm以上である、半導体装置の製造方法。
  10. 請求項9記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1の厚さは20nm以下である、半導体装置の製造方法。
  11. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    (n)前記(m)工程後、前記(m)工程にて反応しなかった前記金属膜を除去する工程、
    を更に有する、半導体装置の製造方法。
  12. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1絶縁膜は、前記金属シリサイド層の形成を防止するシリサイドブロック膜として機能する、半導体装置の製造方法。
  13. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(k)工程では、前記ウェット洗浄処理により、前記第2絶縁膜の少なくとも一部がエッチングされる、半導体装置の製造方法。
  14. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とは、同種の材料からなる、半導体装置の製造方法。
  15. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記第1絶縁膜と前記第2絶縁膜とは、異なる種類の材料からなる、半導体装置の製造方法。
  16. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(i)工程では、前記ソース・ドレイン領域上および前記ゲート電極上の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜は除去され、
    前記(m)工程では、前記第2の熱処理により前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域および前記ゲート電極とが反応して、前記ソース・ドレイン領域上と前記ゲート電極上とに、それぞれ前記金属シリサイド層が形成される、半導体装置の製造方法。
  17. 請求項1記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程では、前記ゲート電極と、抵抗素子用の導体パターンとが、前記半導体基板上に形成され、
    前記(e)工程では、前記半導体基板上に、前記導体パターン、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、前記第1絶縁膜が形成され、
    前記(h)工程では、前記導体パターンの一部の上方に、前記レジストパターンが形成され、
    前記(k)工程では、前記ソース・ドレイン領域上を含む前記半導体基板上に、前記導体パターン、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、前記金属膜が形成される、半導体装置の製造方法。
  18. 請求項17記載の半導体装置の製造方法において、
    前記(i)工程では、前記ソース・ドレイン領域上、前記ゲート電極上、および前記導体パターンの一部上の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜は除去され、
    前記(m)工程では、前記第2の熱処理により前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域、前記ゲート電極および前記導体パターンとが反応して、前記ソース・ドレイン領域上と前記ゲート電極上と前記導体パターンの一部上とに、それぞれ前記金属シリサイド層が形成される、半導体装置の製造方法。
  19. (a)半導体基板を準備する工程、
    (b)前記(a)工程後、前記半導体基板上にMISFET用のゲート電極をゲート絶縁膜を介して形成する工程、
    (c)前記(b)工程後、前記ゲート電極の側壁上に側壁絶縁膜を形成する工程、
    (d)前記(c)工程後、イオン注入法を用いて前記半導体基板に前記MISFET用のソース・ドレイン領域を形成する工程、
    (e)前記(d)工程後、前記半導体基板上に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、第1絶縁膜を形成する工程、
    (f)前記(e)工程後、第1の熱処理温度で第1の熱処理を行う工程、
    (g)前記(f)工程後、前記第1絶縁膜上に第2絶縁膜を形成する工程、
    (h)前記(g)工程後、前記第2絶縁膜上にレジストパターンを形成する工程、
    (i)前記(h)工程後、前記レジストパターンをエッチングマスクとして用いて前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜をエッチングすることにより、前記レジストパターンで覆われない部分の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜を除去し、前記レジストパターンの下に前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜を残す工程、
    (j)前記(i)工程後、前記レジストパターンを除去する工程、
    (k)前記(j)工程後、ウェット洗浄処理を行う工程、
    (l)前記(k)工程後、前記ソース・ドレイン領域上を含む前記半導体基板上に、前記ゲート電極および前記側壁絶縁膜を覆うように、金属膜を形成する工程、
    (m)前記(l)工程後、第2の熱処理を行って前記金属膜と前記ソース・ドレイン領域とを反応させて、前記ソース・ドレイン領域上に金属シリサイド層を形成する工程、
    を有し、
    前記(d)工程の後で、前記(e)工程の前に、前記第1の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われず、
    前記(f)工程では、前記第1の熱処理により、前記ソース・ドレイン領域内の不純物が活性化され、
    前記(g)工程の後で、前記(i)工程の前に、前記第1の熱処理温度以上の温度での熱処理は行われず、
    前記(h)工程では、前記レジストパターンは、前記ソース・ドレイン領域の上方には形成されず、
    前記(i)工程では、前記ソース・ドレイン領域上の前記第2絶縁膜および前記第1絶縁膜は除去される、半導体装置の製造方法。
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